唐山地區(qū)鐵礦尾礦綜合利用研究

唐山地區(qū)鐵礦尾礦綜合利用研究

近年來，隨著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鐵礦排放量逐年增加，污水礦已成為影響環(huán)境最嚴重的工業(yè)廢物之一。唐山市作為我國鋼鐵工業(yè)基地之一,鐵尾礦累計堆存已達2億t以上。其中,遵化市每年排放尾礦595.1萬t,遷西縣年排放尾礦639.6萬t,遷安市累計排放尾礦6786.7萬t,灤縣年排放尾礦117萬t。這些鐵尾礦基本上沒有利用,多以自然堆積法儲存于尾礦庫中,由于占用耕地,污染環(huán)境,又需耗巨資輸送和建庫存放,如何對鐵尾礦進行綜合利用,已成為亟待解決的問題。本研究在分析鐵尾礦各項性能指標的基礎(chǔ)上,利用其代替粘土,再摻配適量增塑劑,成功地研制出蒸壓磚。1由蒸汽壓尾礦磚制成1.1多元素地球化學唐山地區(qū)鐵礦屬前震旦紀鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦,鞍山式鐵礦石的礦床類型屬前震旦紀沉積變質(zhì)型磁鐵石英巖和赤鐵石英巖。礦石呈條帶狀的貧鐵礦,一般含鐵量為30%左右。其主要金屬礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和假象赤鐵礦,主要的脈石礦物有石英,其次為綠泥石、方解石和角閃石。鞍山式鐵礦尾礦的化學成分比較簡單,化學成分中SiO2達65%~75%,TFe8%~14%,屬高硅型尾礦。本試驗所采用的鐵尾礦采自唐鋼石人溝鐵礦,分析測定了其各種理化性能。各項指標結(jié)果:堆積密度ρ=1.56×103kg/m3,含水率5.3%,含泥量3.9%,內(nèi)照射參數(shù)IRa=0.8,外照射參數(shù)Ir=0.6。當建筑主體材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度同時滿足IRa≤1.0和Ir≤1.0時,其產(chǎn)銷與適用范圍不受限制。鐵尾礦多元素主要化學分析結(jié)果見表1,鐵尾礦顆粒級配見表2。根據(jù)有關(guān)資料,生產(chǎn)建筑制品對原料化學成份的要求:SiO2>60%,Al2O3>15%,Fe2O3<15%,MgO<5%,Na2O、K2O<2.5%,SO2<4%。本試驗采用的唐山地區(qū)鐵尾礦中除了Al2O3偏低以外,其它成份均符合上述要求,尤其是SiO2的含量較高。所以,本試驗選用唐山鐵尾礦是制作尾礦磚比較理想的原料。國內(nèi)外研究和應(yīng)用證明,尾礦中存在著一些礦物膠體,它們具有一定的電性、吸收性和巨大的表面能。在堿性激發(fā)下,這種膠體物質(zhì)可與水泥漿的水化產(chǎn)物產(chǎn)生離子交換,形成新的凝聚體。這些凝聚體都是依靠比較強的化學鍵結(jié)合而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。同時由于建筑制品是在一定的壓力下成型,水泥顆粒與礦物之間接觸面有緊密度增大,加水化反應(yīng),使之強有力地膠凝石英顆粒和其它物質(zhì)。根據(jù)研究表明,水泥在水化過程中與石英顆粒有較緊密的結(jié)合,僅次于石灰石和白云石。同時硅質(zhì)巖型鐵尾礦的主要化學成分為SiO2。以無定型形式存在的蛋白石、燧石巖、硅藻土、硅質(zhì)頁巖等,在中性水中的溶解度約1.6×10-6,但在堿性水環(huán)境中,可自發(fā)地與堿性金屬離子發(fā)生化合,生成沸石或水化硅酸鈣等不溶性礦物。而以結(jié)晶形式存在的石英,須在高壓水熱環(huán)境中,方具有這一性質(zhì)。當此類尾礦受到高溫時,其主要的物理化學性狀表現(xiàn)為石英的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變。在高壓下,石英的各種高溫變體,雖說在尾礦建材結(jié)構(gòu)中性能差別并不明顯,但其相變時的體積效應(yīng),卻對生產(chǎn)過程起著制約作用。1.2尾礦的水化合成無水或含水少的尾礦礦物,在含水(包括蒸汽)的環(huán)境中會發(fā)生水化反應(yīng),并生成在使用條件下化學性質(zhì)穩(wěn)定、具有一定機械強度的含水礦物結(jié)合體的過程稱為水化合成。由此所制得的建材產(chǎn)品稱為水化合成建材。本試驗中生產(chǎn)水化合成尾礦磚的尾礦類型為硅質(zhì)巖型鐵尾礦,以本尾礦為原料,添加部分校正材料,經(jīng)配料、坯料制備、成型、蒸壓養(yǎng)護制成尾礦磚?；瘜W成分上,必須滿足合成的新生礦物,為常溫條件下穩(wěn)定或長時間保持亞穩(wěn)狀態(tài)的礦物。同時,為了將散粒狀材料結(jié)合成有用的塊體,要求其新生相須具有較高的膠結(jié)能力。因此,其SiO2含量應(yīng)盡量地高,一般要求其石英含量不低于70%,當僅靠尾礦難以滿足時,可添加一定量的石英砂。2蒸壓尾礦磚的制作目前,用于生產(chǎn)這類材料的尾礦,主要是一些石英含量較高的晶態(tài)尾礦。同樣,本試驗所采用鐵尾礦也屬于此類。由于屬于酸性材料,需要加入堿性校正材料。在原料的粒度組成上,這類材料通常不再單獨使用粗骨料,而是采用自然級配的尾礦,因而在結(jié)構(gòu)上,也沒有明顯的骨料與膠結(jié)料之分,所有顆粒均參與水化合反應(yīng)。其強度主要來源,是由于尾礦顆粒與堿性激發(fā)劑之間的界面反應(yīng)所生成的含水硅酸鹽凝膠及結(jié)晶連生體,膠結(jié)了未反應(yīng)完全的尾礦顆粒。尾礦磚的技術(shù)要求,可參照GB11945-89《蒸壓灰砂磚》標準,如表3所示,蒸壓尾礦磚工藝見圖1。利用鐵尾礦生產(chǎn)磚類制品,影響產(chǎn)品性能的因素很多,本試驗主要針對尾礦用量、水泥用量、粗骨料用量、粉煤灰用量、水用量及外加劑進行了條件試驗。其蒸汽養(yǎng)護制度為制品釜前抽真空大約0.5~1h,然后是2.5h升溫,8h1.6MPa恒溫(約190℃),2.5h降溫和制品出釜。原料試塊不同配比(固體質(zhì)量比)與檢測結(jié)果見表4。從表4可見,采用唐鋼石人溝鐵礦尾礦試制蒸壓尾礦磚,能夠達到設(shè)計要求。其中尾礦顆粒級配良好,不添加粗骨料及粉煤灰時已能達到較高強度,但水泥用量較高。合理調(diào)整配比,加放粗骨料及粉煤灰時,也能達到強度要求,同時減少水泥用量,降低成本。3出轅配合物配比與檢測本次試制尾礦磚的設(shè)計強度為15和20兩種,所用水泥為425#普通水泥,采用振動成型,規(guī)格為250mm×250mm×50mm,磚塊成型后蒸壓養(yǎng)護11h(制品釜前抽真空0.5h,然后是2.5h升溫,8h1.6MPa恒溫(約190℃)),2.5h降溫和制品出釜。作常規(guī)檢測,配比與檢測結(jié)果見表5。綜上所述,試制的蒸壓尾礦磚3種配方的試塊常規(guī)檢測都達到了要求,其它指標也滿足要求。表明研究結(jié)果重復性好,性能基本穩(wěn)定。嚴格操作產(chǎn)品質(zhì)品還可進一步提高。4提高尾礦的綜合利用(1)經(jīng)過分析與試驗,唐山地區(qū)鐵尾礦符合制作蒸壓尾礦磚的原料要求,經(jīng)過適當配比,可以用來制作蒸壓磚,各項指標符合要求。其中,尾礦在原料配比中平均可達到50%以上,大大提高了尾礦的綜合利用。在實際應(yīng)用中,應(yīng)綜合考慮各種因素,既要考慮到提高尾礦利用率,又要使原料成本降低,保證質(zhì)量。(2)尾礦和廢石作為礦山垃圾,其對經(jīng)濟、環(huán)境和